耐高温高矿化度海水基压裂液体系研究及应用

为满足海上高温低渗油田压裂施工的需求,以丙烯酰胺、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮和长链季铵盐阳离子单体为原料,制备了一种新型两性离子型聚合物稠化剂CHY-2,并以此为主要处理剂,研制了一套适合海上高温低渗油田的耐高温高矿化度海水基压裂液体系。该压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能,在160℃,170 s-1的剪切速率下实验120 min后,体系黏度仍能保持在100 mPa·s以上;压裂液基液具有良好的耐盐性能,使用105000 mg/L的模拟水配制的基液黏度较高。此外,该压裂液体系还具有较好的滤失性能、悬砂性能和破胶性能,并且破胶液对储层天然岩心基质渗透率的伤害率小于10%,具有较好的低伤害特性,能够满足海上油田压裂施工的要求。现场应用结果表明,海水基压裂液配制过程简单,性能稳定,X-11井压裂施工过程顺利,压后日产油量18.3 t,取得了良好的压裂施工效果。     

耐高温海水基压裂液聚合物稠化剂流变性能

为明确聚合物稠化剂分子量、功能单体种类及含量等参数对海水基压裂液流变性能的影响,选用分别具有强电解质单体2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(AMPS)或可抑制酰胺基水解单体N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的超高分子量聚合物,研究了聚合物溶液的流变性能。对具有超高分子量及不同AMPS含量的5种聚合物进行了聚合物交联冻胶耐温耐剪切性能研究。实验结果表明,具有超高分子量及较低AMPS含量的聚合物黏弹性更好,具有超高分子量及高AMPS含量的聚合物在高温下耐剪切性能更好,具有超高分子量及NVP基团的聚合物在海水中增稠能力更好,具有高AMPS含量的聚合物耐温耐剪切性能更好;具有超高分子量(分子量不低于2×10⁷)、适宜的水解度(20%～23%)、低AMPS含量(3%～8%(w))的聚合物,更适于作为耐高温海水基压裂液稠化剂。     

高温海水基压裂液稠化剂两性离子胍胶合成及性能评价

为满足使用海水配制高温海水基压裂液的需要,以胍胶和(2-羟基-3-氯)-丙基二甲氨基乙酸为原料,合成了高温海水基压裂液稠化剂两性离子胍胶HDPG——2-羟基-3-(N,N-二甲基甘氨酸基)丙基胍胶,研究了醚化剂用量、氢氧化钠用量、醚化反应温度、醚化反应时间对该两性离子胍胶取代度的影响,考察了HDPG压裂液的溶胀性能、耐温耐剪切性能和破胶性能。确定了最佳反应条件为:醚化剂、胍胶质量比0.18∶1,氢氧化钠、胍胶质量比0.125∶1,醚化反应温度70℃,醚化反应时间6 h,最佳反应条件下产物取代度为0.43。研究结果表明:在转速500 r/min下,质量分数0.5%的HDPG在溶胀10 min时的黏度达到最终黏度的85%,可满足连续混配要求;与自制交联剂制备的海水基压裂液冻胶具有良好的耐温抗剪切性能,在温度170℃、剪切速率170 s-1下剪切120 min后的黏度在50 mPa·s以上。此外,HDPG压裂液的破胶性能良好,破胶液黏度(1.36 mPa·s)低、残渣含量(326 mg/L)低。     

一种低伤害海水基压裂液体系

为了降低海上油田压裂施工成本,研究海水基压裂液并实现连续混配是一条重要的途径。研究合成了一种适应直接用海水配制的耐盐稠化剂BCG-1S,其抗Ca2+、Mg2+离子能力分别达到4 000和2 000 mg/L。在10℃下0.55%BCG-1S能在10 min内起黏,复配0.3%增黏剂B-55后,4 min内压裂液的性能就达到海洋平台海水连续混配的要求,并具有较好的携砂性能,30℃下单颗粒的沉降速率为0.032 4 mm/s。评价表明,该压裂液的静态携砂性、稳定性能良好、抗温能力达到140℃;破胶彻底,残渣含量小于5 mg/L,破胶液表面张力小于26 m N/m,破胶液对支撑裂缝导流能力的伤害低至8.45%。该稠化剂具有良好的应用前景。     

高温海水基压裂液研究及应用

通过室内实验研究,得到了适合海上高温深井压裂的高温海水基压裂液,其耐温达160℃,可以用矿化度40 000mg/L以内的过滤海水直接配制;合成了含有羟丙基和磺酸基的耐盐稠化剂PA-SRT,并通过核磁共振方法进行了表征。通过使用溶解促进剂使耐盐稠化剂5 min内黏度可达到最终黏度的80%,满足连续混配装置和增产作业船的使用要求。在国内某油田153℃油井压裂施工中成功应用,压裂液采用过滤海水直接配制,用液量565.2 m~3,加入支撑剂39.69 m~3,支撑剂质量浓度最高为491 kg/m~3。说明该高温海水基压裂液综合性能达到了现场应用的要求。     

海水基胍胶压裂液优选及现场应用

针对高矿化度的海水配制压裂液,优选了一套耐温90℃的海水基胍胶压裂液体系.通过对体系的性能评价,得到了配方:0.45％稠化剂SG-1+0.6％多效添加剂DT-1+0.4％助排剂YL-1+0.6％交联剂SJL.结果表明,该体系具有较好的耐温耐剪切性能,在90℃、170 s-1条件下剪切120 min,最终黏度为70.5 ...     

水基冻胶压裂液稠化剂香豆胶的理化性能

香豆胶是国内开发的一种优良的水基冻胶型压裂液稠化剂。本文报导了从不同渠道收集的三家工厂生产的１２个样品（１１个香豆胶样品，１个改性香豆胶样品）的理化性能测定结果。本项工作表明，香豆胶具有易溶于水、水不溶物含量低、增粘性能良好的特点，作为压裂液稠化剂的综合性能虽不如瓜尔胶，但基本上接近改性瓜尔胶，加之产自国内，价格较低，很有发展前途。     

耐盐耐高温三元聚合物压裂液稠化剂的制备与性能评价

为获得在超高矿化度及210℃高温条件下使用的压裂液稠化剂,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰吗啉(ACMO)为原料制备了三元聚合物稠化剂(APC-30),考察了APC-30的增黏性、耐温耐盐性和稳定性;研究了APC-30与有机锆交联剂BPA混合交联后形成的冻胶压裂液的耐温耐剪切性、黏弹性和破胶性能。结果表明,在单体质量比AM/AMPS/ACMO=70∶24∶6、复合引发剂K_2S_2O_7-NaHSO_3加量0.4%、抑制剂HCOONa加量1.2%的条件下制备的APC-30的增黏性、耐温耐盐性及稳定性均优于二元聚合物压裂液稠化剂AP-30。在矿化度450 g/L、温度200℃、剪切速率170 s~(-1)的条件下,APC-30的黏度保留率为35%。具有六元杂环结构的吗啉基团的引入可明显提高压裂液冻胶的耐温抗剪切能力。APC-30压裂液冻胶在210℃、170 s~(-1)下剪切2 h的黏度为175.8 mPa·s。APC-30压裂液冻胶具有高弹低黏的特性和优异的压裂悬砂能力,破胶液残渣含量低、易返排,可用于油田现场压裂施工。     

一种用于水基压裂液稠化剂的制备及性能评价

自制了一种用于水基压裂液,可耐150℃高温的稠化剂。考察了其理化指标和冻胶性能,研究了冻胶的剪切稳定性、耐温性、滤失性、破胶性等系列性能。发现其在170s^-1剪切条件下,冻胶粘度稳定;耐温达150℃;滤失速度为1．08×0^-4m／min,初滤失量为0．017m3／㎡;破胶性、配伍性良好,针对高温油藏具有极好的应用前景。     

一种疏水缔合聚合物稠化剂的合成及压裂液性能评价

以AM、AMPS和阳离子疏水单体MD-18为单体,采用水溶液自由基聚合法合成了疏水缔合聚合物压裂液稠化剂HAPAM-18。研究了HAPAM-18的增黏性能、与表面活性剂的相互作用以及压裂液体系的相关性能。结果表明,HAPAM-18的表观黏度随质量浓度增加而增大,临界缔合浓度为0.15g/L;HAPAM-18与表面活性剂的相互作用符合三阶段模型,且SDBS与HAPAM-18的相互作用强于CTAB;ρ(HAPAM-18)0.6g/L+c(SDBS)0.5mmol/L+ρ(KCl)2g/L配制的压裂液体系的耐温性能达到101℃。耐剪切性实验和动态频率扫描表明,该压裂液体系具有良好的耐剪切性和黏弹性;过硫酸铵能使压裂液彻底破胶,破胶液残渣含量低至未检出,该压裂液是一种清洁压裂液。     

硝酸钠加重海水基压裂液性能评价

为满足海上油气田深井、超深井压裂需要,用NaNO_3加重海水与两性离子胍胶稠化剂、有机硼锆交联剂及其他添加剂配制压裂液,研究了NaNO_3加重海水基压裂液密度,溶胀性能,耐剪切性能,滤失性能,破胶性能,破胶液对岩心渗透率及对支撑剂导流能力的伤害。结果表明,35%NaNO_3加重海水与0.52%两性离子胍胶稠化剂及其他添加剂配制的压裂液密度为1.20 g/cm~3(20℃),NaNO_3海水溶液对两性离子胍胶稠化剂溶胀性能的影响大于海水,NaNO_3加重海水基压裂液耐剪切性能、降滤失性能等各项性能良好。在150℃、170 s~(-1)下连续剪切120min后的黏度为76 mPa·s;压裂液在80℃下的动态滤失系数为2.81×10~(-4)m/min~(0.5);在60℃和80℃下,压裂液在3数4 h完全破胶,破胶液黏度小于5 m Pa·s;压裂液对岩心基质渗透率损害率为23.3%;在82.7 MPa闭合压力下对支撑剂导流能力伤害率为41.89%;满足压裂施工要求。图4表3参15     

四元共聚物压裂液稠化剂的制备与性能评价

为获得耐温性能优良的压裂液,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为骨架单体,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和β-环糊精(β-CD)为功能单体制得四元共聚物压裂液稠化剂(MASD),通过红外光谱仪和核磁共振波谱仪表征了MASD的结构,评价了MASD的性能,研究了MASD和有机锆交联剂组成的压裂液的耐温抗剪切性和对岩心的伤害性。结果表明,在单体总加量23%、AM∶AA∶AMPS∶β-CD质量比7∶1∶1∶1、引发剂加量0.3%(以单体质量计)、溶液p H值为7、引发温度在40℃的条件下反应0.5 h后再在60℃下反应8 h制得的MASD在250℃下的化学结构稳定,具有良好的流变性和增黏能力,0.6%的MASD溶液室温下的黏度为72 m Pa·s,携砂性能较好,陶粒的沉降速率为1.78×10~(-4)m/min。0.6%MASD与0.5%有机锆交联剂组成的压裂液具有良好的耐温抗剪切能力,在120℃和140℃、170 s~(-1)下剪切90 min后的黏度约为170 m Pa·s;对岩心的伤害率低(14.27%),可用于中高温压裂施工。     

用于海水基压裂液环氧丙基表面活性剂改性胍胶的制备与性能评价

针对海水中存在大量金属离子附着在胍胶表面,抑制胍胶分子的溶胀,不能满足现场连续混配的问题,以环氧氯丙烷、十八烯酸酰胺丙基二甲基丙胺为原料制得阳离子单体(GOA),再将GOA接枝到胍胶分子链上,得到海水基压裂液稠化剂环氧丙基表面活性剂改性胍胶。研究了GOA改性胍胶的溶胀、耐盐、耐温耐剪切、携砂与破胶等性能。结果表明,改性胍胶分子链上的库仑力及静电排斥等作用避免了金属离子附着在胍胶分子链上,保证了胍胶分子的溶胀,提高了胍胶的耐盐性。GOA改性胍胶在海水中的溶解速度明显大于普通胍胶,在海水中的粒径中值约为普通胍胶分子的1/5。在转速800 r/min下,GOA改性胍胶溶胀约5 min的黏度即能达到最终黏度的80%。微观形貌分析结果表明,GOA改性胍胶形成了无规则网状线团结构,胍胶分子链充分展开的同时交联点位增多。GOA改性胍胶压裂液具有较好的抗盐和耐温耐剪切性能,在160℃、170 s^-1下连续剪切120 min后的黏度仍高于50 m Pa·s,且破胶液黏度为1.6 mPa·s,破胶液中的残渣含量为297 mg/L,满足现场压裂施工需求。     

耐高温FRK-VES清洁压裂液性能评价

针对国内外清洁压裂液耐温性能较差的问题,开发出一种新型的两性离子表面活性剂压裂液体系。该清洁压裂液体系优化配方为4.0%FRK-VES＋0.30%稀盐酸＋4.0%KCl溶液＋1.0%苯甲酸钠。室内实验对FRK-VES压裂液体系性能进行了评价：耐温耐剪切性良好,120℃的表观黏度为83 mPa.s（170 1/s）,30℃连续剪切60 min的黏度为3167 mPa.s;携砂性能良好,摩阻较小,在常温下与原油和地层水混合可迅速破胶,破胶液黏度小于5 mPa.s,并且无残渣,破胶液界面张力为0.75 mN/m,表面张力为24.8 mN/m;该体系滤失系数为1.93×10-4m/min1/2,对渗透率为1μm2和0.2μm2储层的渗透率伤害率分别为19.56%、25.36%,适合不超过120℃的高温低渗砂岩的储层改造。该清洁压裂液在胜利油田、华北分公司现场施工,效果较好。图3表5参11     

海水基压裂液用螯合剂的研制及性能评价

海水矿化度和钙镁离子含量高,配液时会对压裂液溶胀、交联、破胶等造成影响。为降低海水对压裂液的影响,以甲醛、亚磷酸、多乙烯多胺为原料制备有机膦酸类螯合剂SW-CA,研究了影响其螯合效果的因素,通过扫描电镜观察晶体形态、分析其作用机理,评价了其对压裂液交联性能和破胶的影响。结果表明,螯合剂SW-CA对Ca²⁺、Mg²⁺的螯合值分别为276、218 mg/g,螯合效果随SW-CA用量增大而增大,随矿化度、温度、pH值增大而减小。加入螯合剂后,沉淀晶体颗粒变得疏松分散,作用机理主要为螯合作用和晶格畸变作用。在海水中加入1%SW-CA可改善基液的交联性能,提高基液的黏度和耐温耐剪切性。加入1%SW-CA压裂液的破胶时间可控,破胶性能良好,残渣含量为113 mg/L。将陶粒在加入螯合剂的压裂液破胶液中浸泡4 h后,陶粒表面只有少量胍胶残渣吸附,避免了无机盐的沉淀析出,降低了对支撑剂导流能力的影响。螯合剂SW-CA与压裂液的配伍性良好,满足现场施工要求。图13表1参19     

耐高温清洁压裂液的制备与性能研究

为获得耐温性良好的压裂液体系,以硬脂酸、草酸、4-氨基-N,N-二甲基苯胺、N,N'-二氨基乙基乙二胺、1,3-二氯-2-丙醇为原料合成双子表面活性剂,以其作为稠化剂与氯化铵水溶液混合制得清洁压裂液,考察了该压裂液的耐温性、耐剪切性、携砂性和破胶性等。结果表明,与胍胶压裂液相比,该清洁压裂液耐温耐剪切性能好,120℃时的表观黏度为88 mPa·s,满足高温油气田的使用要求;携砂性能好,120℃时石英砂在压裂液中的沉降速度为0.79 mm/s;与地层水的配伍性良好;在压裂液中加入煤油即可自动破胶,无需加入破胶剂,便于使用。     

高温乳化压裂液的研制及性能评价

室内研制了一种配制W/O型乳化压裂液所需的乳化剂,并讨论了乳化剂加量、油水比、搅拌强度对乳状液稳定性的影响,得到了不同温度(90℃、120℃和130℃)条件下油包水乳化压裂液配方,并对乳化压裂液配方进行耐温耐剪切性能、流变参数、滤失性能及地层伤害性进行了工程评价。实验证明该配方的流变性能满足压裂液对液体的要求,滤失量较小,针对南堡油田东一段储层岩心,与水基压裂液相比,可降低压裂液对地层的伤害率达20%以上。在130℃条件下,170 s-1的剪切速率下,剪切120min后,表观黏度为88mPa·s,可满足中、高温深井、水敏性储层压裂改造。     

耐高温阳离子聚合物压裂液的制备与性能研究

为获得具有良好耐温抗剪切性能的聚合物压裂液,设计并合成了含阳离子基团的丙烯酰胺共聚物PAAD及配套有机钛交联剂TC,以PAAD为稠化剂、TC为交联剂、多羟基化合物MH为交联促进剂,制备了阳离子聚合物压裂液。研究了PAAD、TC、MH、pH值对压裂液性能的影响。结果表明,PAAD具有较强的增黏能力,可作为压裂液稠化剂使用;TC可在酸性条件下与聚合物PAAD交联形成聚合物冻胶;MH在高温条件下能与PAAD稠化剂反应,促进聚合物交联网络的形成,提高压裂液黏度及耐温性能。该压裂液的性能与体系组成有关,随聚合物PAAD浓度的增加,压裂液冻胶黏度增大,但PAAD加量超过0.6%后冻胶黏度增幅减小。在PAAD浓度一定的条件下,TC和MH均存在对应冻胶高黏度的最佳浓度值。体系pH值对压裂液的性能影响较大,pH=3数4时压裂液成胶性能较好。组成为0.6%PAAD+1.0%TC+0.2%MH(pH=3数4)的压裂液经150℃、170 s~(-1)连续剪切90min后的黏度仍保持在90 m Pa·s左右,满足150℃高温油气井压裂施工需要。     

耐温耐盐深穿透泡沫酸体系的研制及应用

泡沫酸具有黏度高、滤失小和易返排的优点,但耐高温能力差和和不耐高盐等问题严重制约着泡沫酸体系在塔河油田的应用。为了提高塔河油田水平井的酸化效果,研制了一种配方为20%HCl+1%铁离子稳定剂XC-16+2%缓蚀剂XC-13+1%破乳剂XC-08+0.9%起泡剂FRC-1+0.3%稳泡剂CNC+1.5%无机纳米SiO_2颗粒的耐高温、耐盐深穿透泡沫酸体系,考察了该体系的泡沫稳定性、耐温耐盐性能及酸岩反应性能。研究表明,该泡沫酸体系在150℃、170 s-1下剪切30 min的条件下,泡沫酸的黏度仍大于40 mPa·s,耐温性能明显优于胶凝酸(相同实验条件下的黏度仅为20 mPa·s);该泡沫酸体系的耐盐性能优良,在10×104mg/L的高矿化度条件下仍能保持较好的起泡和稳泡性能,起泡体积为400 m L,泡沫半衰期为2435 s;在150℃下不同酸液体系的酸岩反应速率按从小到大排序为:泡沫酸冻胶酸转向酸胶凝酸,泡沫酸低反应速率有利于形成深穿透酸蚀缝。该泡沫酸体系已在TPP井成功应用,压后日产油32 t,取得较好效果。